Dalam satu kajian yang diterbitkan dalam Sains Lanjutan, penyelidik yang diketuai oleh Prof Zhong Guohua dari Shenzhen Institute of Advanced Teknologi (SIAT) Akademi Sains China (CAS) telah membuat ramalan mengenai superkonduktiviti melebihi 100 K dalam rangkaian sangkar karbon.
Dengan menggunakan pengiraan prinsip pertama, mereka menghasilkan karbida dengan ciri-ciri struktur rangkaian sangkar karbon, mencapai gandingan elektron-phonon yang mantap dan melepasi suhu peralihan superkonduktor karbida konvensional seperti berlian, graphene, tiub nano karbon dan fullerene.
Baru-baru ini, terdapat lonjakan minat dalam superkonduktiviti dalam sebatian unsur ringan, terutamanya dalam konteks superkonduktiviti suhu tinggi tekanan ambien. Bahan karbon, sebagai wakil sebatian unsur ringan, dianggap sebagai asas kepada bahan masa hadapan.
Walaupun superkonduktiviti telah dikesan dalam bahan berasaskan karbon tertentu termasuk berlian, graphene, tiub nano karbon, dan fullerene, suhu peralihan superkonduktif (Tc) kekal di bawah takat kritikal 77 K, takat didih nitrogen cecair.
Untuk meneroka pembangunan superkonduktor bahan karbon dengan Tc, penyelidik mencipta dua struktur karbon baru yang menampilkan rangkaian seperti sangkar. Mereka dengan teliti menyiasat superkonduktiviti mereka dengan memperkenalkan dopan logam. Unit sangkar ini, C24 dan C32, disambungkan melalui permukaan yang dikongsi untuk mencipta struktur kristal.
Pengiraan pemprosesan tinggi telah menjangkakan bahawa struktur rangkaian seperti sangkar ini boleh mempamerkan superkonduktiviti suhu tinggi di bawah tekanan ambien apabila didop dengan logam. Terutama, C24 hablur rangkaian sangkar yang didopkan dengan logam Na, Mg, Al, In, dan Tl menunjukkan superkonduktiviti suhu tinggi melebihi 100 K. Ini bukan sahaja mengatasi prestasi Tc daripada bahan karbon biasa seperti berlian, graphene, tiub nano karbon, dan fullerene tetapi juga jauh melebihi takat didih nitrogen cecair.
Selain itu, penyelidik mendedahkan bahawa gandingan struktur sangkar memainkan peranan penting, menghasilkan interaksi elektron-phonon yang lebih kuat berbanding bahan karbon lain dan membawa kepada T yang lebih tinggi.c. Mereka mendapati bahawa superkonduktiviti karbida dengan rangkaian sangkar sangat bergantung pada keelektronegatifan dan kepekatan doping logam yang diperkenalkan. Keelektronegatifan yang lebih lemah dan kepekatan doping yang lebih tinggi cenderung menghasilkan T yang lebih tinggic nilai-nilai.
"Penemuan kami menyediakan cara yang menjanjikan untuk pembangunan T tinggic superkonduktor. Kami menjangka kerja ini akan memberi inspirasi kepada penyiasatan eksperimen dan teori ke atas superkonduktor suhu tinggi berdasarkan karbida,” kata Prof. Zhong.